Переносные генераторы для получения ацетилена. Часть 1

Для получения ацетилена из карбида кальция применяют ацетиленовые генераторы. В зависимости от способа установки при эксплуатации подразделяются на стационарные и переносные, по способу взаимодействия карбида кальция с водой - на три типа: KB (карбид в воду); ВК (вода на карбид) - d вариантами процессов М - мокрого, С - сухого; К (контактный) с вариантами процессов: ВВ - вытеснения воды и ПК - погружение карбида; в зависимости от давления получаемого ацетилена - на генераторы низкого давления - до 0,2 кгс/см² и среднего - от 0,2 до 1,5 кгс/см² давления. Реакция получения ацетилена экзотермична, с выделением большого количества тепла (400 ккал на 1 кг карбида кальция) и требует сильного охлаждений зоны реакции.

Три типа (системы) ацетиленовых генераторов имеют достоинства и недостатки. Главные принципиальные требования к любой системе ацетиленовых генераторов едины и заключаются в том, чтобы генератор, обеспечивая наивысший выход ацетилена из карбида кальция, имел хорошее охлаждение и не допускал полимеризации ацетилена в генераторе, и нагрева генератора (и ацетилена) выше 80ºС.

Анализируя работу всех трех типов (систем) генераторов (KB; ВK; К), нужно помнить следующие особенности этих систем:

Система KB

Система KB - карбид периодически попадает отдельными порциями в большой объем воды. Принципиально эта система является наилучшей. Куски карбида омываются большим количеством воды, разложение практически происходит до конца; зона реакции очень хорошо охлаждается. Образующийся ацетилен, проходя через слой воды, хорошо охлаждается и промывается; полимеризация ацетилена практически не происходит, выход ацетилена из карбида кальция наивысший, около 95 % чистого и охлажденного ацетилена.

Переносные генераторы для получения ацетилена. Часть 2

Система ВК

Система ВК - вода периодически подается на карбид, насыпанный в открытую сверху коробку, а коробка находится в специальном пространстве - цилиндрической реторте, герметически закрывающейся снаружи.

Карбид реагирует с относительно малым количеством воды, она реакции охлаждается недостаточно (вода, охлаждающая только по наружной поверхности реторты). Возможен перегрев ацетилена и его полимеризация.

Полимеризация ацетилена - это спокойное разложение его на углерод и водород с последующим образованием других углеводородов и смол при атмосферном давлении и медленном нагревании его до 700ºС. При быстром нагревании (100-350 град/с) полимеризация переходит в самовоспламенение или взрыв ацетилена (например, работа карбидной пылью и т. д.). О сильном перегреве ацетилена и периодической полимеризации можно судить по присутствию смол в инжекторном узле горелки, резака, а также желтоватой окраске или у разряженного генератора. Значит, такой генератор плохой. В хороших генераторах полимеризация фактически отсутствует.

Практически допустимый нагрев ацетиленовых генераторов зависит и от давления ацетилена, например, при давлении до 1,5 кгс/см² допускается нагрев ацетилена до 150ºС, при более высоком давлении - до 100ºС.

Ацетилен взрывоопаснее водорода, пропана, природного газа.

При системе ВК куски карбида кальция обволакиваются слоем гидрата окиси кальция Са(ОН)2 (гашеная известь), разъединяющей карбид с водой, реакция разложения не доходит до конца, и генераторы дают пониженный выход ацетилена - 85-90%. Единовременная загрузка карбида в реторту сравнительно невелика.

Несмотря на указанные существенные недостатки, система ацетиленовых генераторов ВК ("вода на карбид") являлась ранее наиболее распространенной по причине простоты конструкции ее генераторов.

Переносные генераторы для получения ацетилена. Часть 3

Система К

Система К - контактная, при которой карбид кальция и вода периодически приводятся в соприкосновение и вновь разъединяются в зависимости от расхода ацетилена в генераторе.

При разъединении с водой разложение карбида производится остатками воды, смачивающей куски карбида, в условиях очень плохого охлаждения. В результате неизбежен перегрев ацетилена и его полимеризация.

Контактная система применяется обычно лишь для переносных генераторов малой производительности. Они значительно уступают другим генераторам вследствие низкого выхода ацетилена и его качества. Однако, несмотря на указанные недостатки, контактная система до сих пор имеет практическое применение благодаря простоте конструкции генераторов для малых расходов ацетилена.

Для охлаждения генераторов (и ацетилена) положено использовать от 7 до 18 л воды на 1 кг карбида кальция, хотя для полного разложения 1 кг карбида нужно всего 0,6 л воды.

ГОСТ 5190-78 устанавливает определенные требования к ацетиленовым передвижным генераторам.

1. Передвижные генераторы должны быть по возможности легкими, удобно переносимыми и обеспечивать нормальную работу при температуре окружающей среды от плюс 40 до минус 29,5ºС.
2. Конструкция генераторов должна позволять производить продувку всех газовых объемов в течение 1 мин во избежание образования взрывоопасной ацетиленово-воздушной смеси.
3. Возможность автоматического регулирования газообразования в зависимости от потребления ацетилена.
4. Наличие предохранительного устройства, ограничивающего давление газа в установленных пределах, и предохранительного затвора для предотвращения попадания взрывной волны в генератор при обратном ударе пламени.
5. Давление ацетилена после предохранительного затвора должно быть не менее 100 мм вод. ст. с тем, чтобы исключить подсос воздуха через затвор в рабочий инструмент.
6. Исключение заиливания и зависания карбида кальция.
7. Количество воды, заливаемой в аппарат, должно обеспечивать хорошее охлаждение. Температура ацетилена, выходящего из генератора, не должна превышать 35ºС. Размеры кусков карбида кальция, загружаемого в генератор, должны составлять 25/80 мм. В переносном генераторе допускается использование до 5% карбида кальция грануляцией 2/15 мм при наличии специального теплоотводящего устройства. Допускается нагрев: в зоне реакции до 80ºС, нагрев ацетилена - до 115ºС.
8. Наличие устройства для измерения давления газа в газообразователе.
9. КПД генератора должен быть не ниже 0,85-0,9.

Снаружи генераторы окрашиваются в белый цвет. В генераторе нельзя применять детали из сплавов, содержащих более 70% меди, а также детали, способные при работе вызывать образование искр. Соединение ацетилена с медью образовывает ацетилениды, которые взрывоопасны. Максимальная производительность генератора не должна превышать 10% номинальной.

Переносные генераторы для получения ацетилена. Часть 4

Ацетиленовые генераторы любого типа включают следующие основные узлы: газообразователь для получения ацетилена; газосборник (газгольдер) для хранения газа и компенсации неравномерности газообразования и газопотребления. Предохранительное устройство (клапан), выпускающее избыток газа в атмосферу при увеличении давления выше допустимого. Защитное устройство (предохранительный затвор) для локализации пламени ацетилена - воздушной или ацетилено-кислородной смеси и предохранения от попадания в генератор воздуха или кислорода со стороны отбора газа.

В комплект передвижных ацетиленовых генераторов могут также входить промыватель для охлаждения и очистки ацетилена от примесей и осушитель для улавливания паров воды из выходящего ацетилена, которые недопустимы при работе генератора в условиях низких температур.

Передвижные генераторы используются преимущественно для работ на открытом воздухе. В случае эксплуатации генератора при минусовой температуре окружающей среды необходимо генератор устанавливать на деревянный щит, а водяной затвор заливать морозоустойчивым раствором, менять который следует не реже чем через 24 ч работы при нормальной производительности, закрывать теплоизоляцией от замерзания все узлы и сам генератор.

В случае замерзания воды в узлах отогревать их следует только горячей водой или паром. Генератор устанавливается на расстоянии не менее 10 м от места сварки (резки), а также от любого другого источника пламени.

Для временных газопламенных работ генератор разрешается устанавливать в жилых и производственных помещениях при условии хорошей естественной вентиляции и объеме помещения не менее 300 м³ на каждый ацетиленовый генератор.

Запрещается ставить генератор в помещениях, в которых возможно выделение веществ, образующих с ацетиленом взрывоопасные соединения, а также в зонах забора воздуха вентиляторами и компрессорами, особенно для производства кислорода. Помещение, где работал ацетиленовый генератор, должно быть хорошо проветрено. Известковый ил от генератора выгружают в специальную тару, а затем сливают в иловую яму.

Передвижные генераторы необходимо осматривать и проверять на пригодность не реже 1 раза в год, и в случае неисправности - не допускать к работе.

В настоящее время выпускаются передвижные генераторы среднего давления типа АСП-1,25-6 и АСП-1,25-7. Это генераторы контактного типа. В 1997 г. ВНИИавтогенмашем разработаны и поставлены на серийное производство новые надежные передвижные ацетиленовые генераторы типа БАКС-1 с водяным затвором ПГ-1,5. За основу взяты ацетиленовые генераторы типа АСП.

В генераторах АСП процесс газообразования регулируется временем соприкосновения и изменением количества карбида кальция, смоченного водой. Процесс вытеснения воды (ВВ) в таком генераторе сочетается с процессом погружения карбида (ПК).

В процессе ВВ загрузочное устройство с карбидом кальция неподвижно, а уровень воды меняется в зависимости от выработки ацетилена. С увеличением отбора ацетилена уровень воды повышается и увеличивается слой смоченного карбида кальция. В процессе ПК уровень воды постоянный, а загрузочное устройство с карбидом кальция поднимается или опускается в зависимости от давления ацетилена в газосборнике, вследствие чего изменяется количество смоченного карбида кальция.

Переносные генераторы для получения ацетилена. Часть 5

Корпус генератора АСП-1,25-6 состоит из газообразователя и промывателя, соединенных между собой переливной трубкой.

В газообразователе происходит разложение карбида кальция с выделением ацетилена, в промывателе - охлаждение и отделение от частиц извести. Вода в газообразователь заливается через горловину. При достижении уровня (торца) переливной трубки вода переливается по ней в промыватель, который заполняется до уровня контрольной пробки. Карбид кальция загружают в корзину, закрепляют поддон, устанавливают крышку с мембраной на горловину.

Уплотнение крышки с горловиной обеспечивается усилием, создаваемым винтом при помощи мембраны.

Образующийся в газообразователе ацетилен по переливной трубке поступает в промыватель, барботируя (бурление) через слой воды, охлаждается и промывается. Из промывателя через вентиль по шлангу ацетилен поступает в предохранительный затвор и далее на потребление.

По мере повышения давления в газообразователе давление ацетилена на мембрану преодолевает усилие пружины, перемещая ее вверх, при этом корзина с карбидом кальция, связанная с мембраной, также перемещается вверх, уровень смоченного карбида уменьшается, выработка ацетилена ограничивается, и возрастание давления прекращается. При снижении давления в газообразователе усилием пружины корзина с карбидом кальция возвращается вниз и происходит замочка карбида кальция. Таким образом, процесс выработки ацетилена регулируется с помощью мембраны. Одновременно по мере увеличения давления в газообразователе усилие давления ацетилена на поверхность воды перегоняет воду в вытеснитель (карман по диаметру внутри генератора), и корзина с карбидом кальция оказывается выше уровня воды (исчезает контакт с водой), в результате чего реакция прекращается. По мере уменьшения давления вода вновь занимает прежний уровень (возвратившись из карманов) и вновь происходит замочка карбида кальция.

Давление ацетилена контролируется манометром. Слив ила из газообразователей и иловой воды из промывателя осуществляется соответственно через штуцеры. Предохранительный клапан служит для сброса ацетилена при увеличении давления в генераторе выше допустимого. В месте присоединения клапана к корпусу установлена сетка для задержания частиц карбидного ила, окалины и др. Вентиль служит для пуска и регулирования подачи ацетилена к потребителю.

На базе генератора АСП-1,25-6 разработан ацетиленовый морозоустойчивый генератор АСП-1,25-7, отличающийся от АСП-1,25-6 наличием в загрузочной корзине теплоотводящей вставки, которая делает возможной переработку до 5% карбида кальция грануляцией 2/15 мм. Генератор АСП-1,25-7 удобен в эксплуатации при минусовой температуре окружающей среды в частности за счет того, что комплектуется незамерзающим затвором типа ЗСН-1,25.

В литературе имеются описания ацетиленовых генераторов типа АНВ-1,25-69 (с вытеснением воды наружу), АСВ-1,25; АМВ-1,25 и др., которые не выпускаются с 1980 г, поэтому они здесь не рассматриваются.

За рубежом ацетиленовые передвижные генераторы почти не выпускают в связи с неэкономичным расходованием в них карбида кальция, а пользуются баллонным ацетиленом.